Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
OPN1LW
Идентификаторы
ПсевдонимыOPN1LW , CBBM, CBP, COD5, RCP, ROP, опсин 1 (пигменты колбочек), чувствительный к длинным волнам, опсин 1, чувствительный к длинным волнам
Внешние идентификаторыOMIM : 300822 MGI : 1097692 HomoloGene : 68064 GeneCards : OPN1LW
Расположение гена ( человек )
Х-хромосома (человек)
Chr.Х-хромосома (человека) [1]
Х-хромосома (человек)
Геномное расположение OPN1LW
Геномное расположение OPN1LW
ГруппаXq28Начинать154 144 243 п.н. [1]
Конец154 159 032 п.н. [1]
Расположение гена ( Мышь )
Х-хромосома (мышь)
Chr.Х-хромосома (мышь) [2]
Х-хромосома (мышь)
Геномное расположение OPN1LW
Геномное расположение OPN1LW
ГруппаX | X A7.3Начинать74 127 464 п.н. [2]
Конец74 150 760 п.н. [2]
Паттерн экспрессии РНК
PBB GE OPN1LW 221327 s в формате fs.png
Дополнительные данные эталонного выражения
Ортологи
РазновидностьЧеловекМышь
Entrez

5956

14539

Ансамбль

ENSG00000102076

ENSMUSG00000031394

UniProt

н
а

O35599

RefSeq (мРНК)

NM_020061

NM_008106

RefSeq (белок)

н / д

NP_032132

Расположение (UCSC)Chr X: 154.14 - 154.16 МбChr X: 74,13 - 74,15 Мб
PubMed поиск[3][4]
Викиданные
Просмотр / редактирование человекаПросмотр / редактирование мыши

OPN1LW - это ген на Х-хромосоме, который кодирует длинноволновый опсин (LWS) или фотопигмент красной колбочки . [5] Он отвечает за восприятие видимого света в желто-зеленом диапазоне видимого спектра (около 500-570 нм). [6] [7] Ген содержит 6 экзонов с вариабельностью, которая вызывает сдвиги в спектральном диапазоне. [8] OPN1LW подвергается гомологичной рекомбинации с OPN1MW, поскольку оба имеют очень похожие последовательности. [8] Эти рекомбинации могут привести к различным проблемам со зрением, таким как красно-зеленая дальтонизм и синяя монохромность. [9] Кодируемый белок представляет собойРецептор, связанный с G-белком, со встроенным 11- цис- ретиналем , световое возбуждение которого вызывает цис-транс конформационное изменение, которое запускает процесс передачи химических сигналов в мозг. [10]

Джин [ править ]

OPN1LW производит опсин, чувствительный к красному, тогда как его аналоги, OPN1MW и OPN1SW , производят опсин, чувствительный к зеленому и синему, соответственно. [7] OPN1LW и OPN1MW находятся на X-хромосоме в положении Xq28. [11] Они находятся в тандемном массиве , состоящем из одного гена OPN1LW, за которым следует один или несколько генов OPN1MW. [11] Область контроля локуса (LCR; OPSIN-LCR ) регулирует экспрессию обоих генов, при этом только ген OPN1LW и близлежащие соседние гены OPN1MW экспрессируются и вносят вклад в фенотип цветового зрения. [11]LCR не может достигать большего, чем первый или второй гены OPN1MW в массиве. [11] Небольшая разница в спектрах поглощения OPN1LW и OPN1MW связана с небольшими аминокислотными различиями между двумя очень похожими генами. [8]

Экзоны [ править ]

OPN1LW и OPN1MW имеют по шесть экзонов . [8] Диморфизмы аминокислот в экзоне 5 в положениях 277 и 285 оказывают наибольшее влияние на спектральные различия, наблюдаемые между пигментами LWS и MWS. [8] В экзоне 5 для OPN1LW и OPN1MW есть 3 аминокислотных замены, которые вносят вклад в спектральный сдвиг, наблюдаемый между их соответствующими опсинами: OPN1MW имеет фенилаланин в положениях 277 и 309 и аланин в положениях 285; OPN1LW имеет тирозин в положениях 277 и 309 и треонин в положении 285. [8] Идентичность аминокислот в этих положениях в экзоне 5 определяет, что ген относится к классу M или L. [8]В экзоне 3 в положении 180 оба гена могут содержать серин или аланин, но присутствие серина вызывает более длинноволновую чувствительность. [8] Экзон 4 имеет два положения спектральной настройки: 230 для изолейцина (более длинная пиковая длина волны) или треонина и 233 для аланина (более длинная пиковая длина волны) или серина. [8]

Гомологичная рекомбинация [ править ]

Расположение OPN1LW и OPN1MW, а также высокое сходство двух генов позволяет часто рекомбинировать между ними. [8] Неравномерная рекомбинация между женскими Х-хромосомами во время мейоза является основной причиной различного количества генов OPN1LW и OPN1MW среди людей, а также является причиной унаследованных нарушений цветового зрения. [8]События рекомбинации обычно начинаются с несовпадения гена OPN1LW с геном OPN1MW и сопровождаются определенным типом кроссовера, который может привести к множеству различных аномалий генов. Кроссовер в областях между генами OPN1LW и OPN1MW может производить хромосомные продукты с дополнительными генами OPN1LW или OPN1MW на одной хромосоме и уменьшенными генами OPN1LW или OPN1MW на другой хромосоме. [8] Если кроссовер происходит внутри несовмещенных генов OPN1LW и OPN1MW, то на каждой хромосоме будет создан новый массив, состоящий только из частичных частей двух генов. [8] Это привело бы к нарушению цветового зрения, если бы какая-либо хромосома была передана потомству мужского пола. [8]

Белок [ править ]

Опсин LWS типа I представляет собой белок рецептора, связанный с G-белком (GPCR), со встроенным 11- цис- ретиналем . [11] Это трансмембранный белок, который имеет семь мембранных доменов, причем N-конец является внеклеточным, а C-конец - цитоплазматическим. [5] Пигмент LWS имеет максимальное поглощение около 564 нм с диапазоном поглощения около 500-570 нм. [6] Этот опсин известен как красный опсин, потому что он наиболее чувствителен к красному свету из трех типов колбочек опсинов, а не потому, что его пиковая чувствительность относится к красному свету. [7] Пик поглощения 564 нм фактически приходится на желто-зеленую часть спектра видимого света.. [7] Когда белок вступает в контакт со светом на длине волны в его спектральном диапазоне, 11- цис- ретинальный хромофор возбуждается. [10] Количество энергии света разрывает пи-связь , удерживающую хромофор в его цис-конфигурации, что вызывает фотоизомеризацию и переход в транс-конфигурацию. [10] Этот сдвиг - то, что начинает последовательность химической реакции, ответственной за передачу сигнала конуса LWS в мозг. [10]

Функция [ править ]

Опсин LWS находится в дисках внешнего сегмента клеток колбочек LWS, которые обеспечивают фотопическое зрение вместе с колбочками MWS и SWS. [10] [12] Конусное представление в сетчатке значительно меньше стержневого, при этом большинство колбочек локализовано в ямке . [12] Когда свет в спектральном диапазоне LWS опсина достигает сетчатки, 11- цис- ретинальный хромофор в белке опсина становится возбужденным. [10] Это возбуждение вызывает конформационные изменения в белке и запускает серию химических реакций. [10] Эта серия реакций переходит от ячеек конуса LWS в горизонтальные ячейки., биполярные клетки , амакриновые клетки и, наконец, ганглиозные клетки, прежде чем они попадают в мозг через зрительный нерв . [10] Ганглиозные клетки компилируют сигнал от колбочек LWS со всеми другими сигналами колбочек, возникающими в ответ на свет, который был замечен, и передают общий сигнал в зрительный нерв. [6] Сами колбочки не обрабатывают цвет, это мозг решает, какой цвет будет виден по комбинации сигналов, которые он получает от ганглиозных клеток. [10]

История эволюции [ править ]

До того, как человек превратился в трехцветный вид, наше зрение было двухцветным и состояло только из генов OPN1LW и OPN1SW. [8] Считается, что OPN1LW подвергся дупликации, которая привела к дополнительной копии гена, который затем независимо развился и стал OPN1MW. [8] OPN1LW и OPN1MW разделяют почти все свои последовательности ДНК, тогда как OPN1LW и OPN1SW разделяют менее половины, указывая тем самым, что длинноволновые и средневолновые гены расходились друг от друга гораздо позже, чем с OPN1SW. [11] Появление OPN1MW напрямую связано с переходом от дихроматии к трихроматии. [6]Присутствие опсинов LSW и MSW улучшает время распознавания цвета, запоминание цветных объектов и различение в зависимости от расстояния, давая трехцветным организмам эволюционное преимущество перед двухцветными организмами при поиске богатых питательными веществами источников пищи. [6] Конические пигменты являются продуктом древних зрительных пигментов, которые состояли только из колбочек, но не из палочек . [10] Эти предковые колбочки эволюционировали, чтобы стать известными нам сегодня колбочками (LWS, MWS, SWS), а также палочковидными клетками. [10]

Нарушения зрения [ править ]

Красно-зеленая дальтонизм [ править ]

Многие генетические изменения генов OPN1LW и / или OPN1MW могут вызывать красно-зеленую дальтонизм . [9] Большинство этих генетических изменений связаны с событиями рекомбинации между очень похожими генами OPN1LW и OPN1MW, что может привести к делеции одного или обоих этих генов. [9] Рекомбинация также может привести к созданию множества различных химер OPN1LW и OPN1MW , которые представляют собой гены, похожие на исходные, но имеющие разные спектральные свойства. [13] Изменения одной пары оснований в OPN1LW также могут вызывать красно-зеленую дальтонизм, но это редко. [9]На степень потери зрения у красно-зеленого дальтоника влияет полиморфизм Ser180Ala. [13]

Протанопия [ править ]

Протанопия вызывается дефектом или полной потерей функции гена OPN1LW, в результате чего зрение полностью зависит от OPN1MW и OPN1SW. [8] У больных зрение дихроматическое, и они не могут полностью различать зеленый, желтый и красный цвет. [8]

Протаномалия [ править ]

Протаномалия возникает, когда частично функциональный гибридный ген OPN1LW заменяет нормальный ген. [9] Опсины, полученные из этих гибридных генов, имеют аномальные спектральные сдвиги, которые ухудшают цветовое восприятие цветов в спектре OPN1LW. [9] Протаномалия - одна из форм аномальной трихроматии . [8]

Монохромность синего конуса [ править ]

Монохромность синего конуса вызвана потерей функции как OPN1LW, так и OPN1MW. [9] Это обычно вызвано мутациями в LCR, которые не приводят к экспрессии OPN1LW или OPN1MW. [9] С этим нарушением зрения человек может видеть только цвета в спектре опсинов SWS, которые попадают в синий диапазон света. [9]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c GRCh38: Ensembl, выпуск 89: ENSG00000102076 - Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ a b c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000031394 - Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:" . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ «Ссылка на Mouse PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ a b «OPN1LW опсин 1, чувствительный к длинным волнам [Homo sapiens (человек)]» . NCBI . Проверено 16 ноября 2017 года .
  6. ^ a b c d e Hofmann L, Palczewski K (2015). «Успехи в понимании молекулярной основы первых шагов в цветовом зрении» . Прогресс в исследованиях сетчатки и глаз . 49 : 46–66. DOI : 10.1016 / j.preteyeres.2015.07.004 . PMC 4651776 . PMID 26187035 .  
  7. ^ a b c d Merbs SL, Натанс Дж. (1992). «Спектры поглощения пигментов колбочек человека». Природа . 356 (6368): 433–5. DOI : 10.1038 / 356433a0 . PMID 1557124 . 
  8. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s Neitz J, Neitz M (2011). «Генетика нормального и неполноценного цветового зрения» . Исследование зрения . 51 (7): 633–51. DOI : 10.1016 / j.visres.2010.12.002 . PMC 3075382 . PMID 21167193 .  
  9. ^ a b c d e f g h i "Ген OPN1LW" . Национальная медицинская библиотека США . Домашний справочник по генетике . Проверено 29 ноября 2017 года .
  10. ^ Б с д е е г ч я J K Imamoto Y, Shichida Y (2014). «Конические визуальные пигменты» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1837 (5): 664–73. DOI : 10.1016 / j.bbabio.2013.08.009 . PMID 24021171 . 
  11. ^ Б с д е е Диб SS (2006). «Генетика изменения цветового зрения человека и мозаика колбочек сетчатки». Текущее мнение в области генетики и развития . 16 (3): 301–7. DOI : 10.1016 / j.gde.2006.04.002 . PMID 16647849 . 
  12. ^ a b "Жезлы и колбочки человеческого глаза" . Спросите биолога . Школа естественных наук АГУ. 14 апреля 2010 . Проверено 29 ноября 2017 года .
  13. ^ а б Диб, СС (2005). «Молекулярные основы изменения цветового зрения человека». Клиническая генетика . 67 (5): 369–377. DOI : 10.1111 / j.1399-0004.2004.00343.x . PMID 15811001 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Applebury ML, Hargrave PA (1986). «Молекулярная биология зрительных пигментов». Vision Res . 26 (12): 1881–95. DOI : 10.1016 / 0042-6989 (86) 90115-X . PMID  3303660 .
  • Виндерикс Дж., Линдси Д.Т., Саноки Э., Теллер Д.Ю., Мотульски А.Г., Диб СС (1992). «Полиморфизм в красном фотопигменте лежит в основе различий в подборе цвета». Природа . 356 (6368): 431–3. DOI : 10.1038 / 356431a0 . PMID  1557123 .
  • Дитрих А., Корн Б., Поустка А. (1992). «Завершение физической карты Xq28: расположение гена L1CAM на Х-хромосоме человека». Мамм. Геном . 3 (3): 168–72. DOI : 10.1007 / BF00352462 . PMID  1617223 .
  • Арвейлер Б., Винсент А., Мандель Дж. Л. (1989). «К физической карте области Xq28 у человека: связывание генов цветового зрения, G6PD и фактора свертывания VIII с областью гомологии XY». Геномика . 4 (4): 460–71. DOI : 10.1016 / 0888-7543 (89) 90269-3 . PMID  2501212 .
  • Натанс Дж., Томас Д., Хогнесс Д.С. (1986). «Молекулярная генетика цветового зрения человека: гены, кодирующие синий, зеленый и красный пигменты». Наука . 232 (4747): 193–202. CiteSeerX  10.1.1.461.5915 . DOI : 10.1126 / science.2937147 . PMID  2937147 .
  • Адамс, доктор медицины, Керлаваж А.Р., Флейшманн Р.Д., Фулднер Р.А., Булт К.Дж., Ли Н.Х., Киркнесс Е.Ф., Вайншток К.Г., Гокейн Д.Д., Уайт О. «Первоначальная оценка разнообразия генов человека и паттернов экспрессии на основе 83 миллионов нуклеотидов последовательности кДНК» (PDF) . Природа . 377 (6547 Suppl): 3–174. PMID  7566098 .
  • Ли З.Й., Клявин И.Дж., Милам А.Х. (1995). «Стержневой фоторецепторный нейрит, прорастающий при пигментном ретините» . J. Neurosci . 15 (8): 5429–38. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.15-08-05429.1995 . PMC  6577619 . PMID  7643192 .
  • Чен Дж, Такер К.Л., Вудфорд Б., Сел А., Лем Дж., Джанелла-Боррадори А., Саймон М.И., Богенманн Э. (1994). «Промотор синего опсина человека управляет экспрессией трансгена в коротковолновых колбочках и биполярных клетках сетчатки глаза мышей» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 91 (7): 2611–5. DOI : 10.1073 / pnas.91.7.2611 . PMC  43419 . PMID  8146162 .
  • Натанс Дж., Маумени И.Х., Зреннер Э., Садовски Б., Шарп Л.Т., Льюис Р.А., Хансен Э., Розенберг Т., Шварц М., Хекенливли Дж. Р. (1993). «Генетическая гетерогенность среди монохроматов синих шишек» . Являюсь. J. Hum. Genet . 53 (5): 987–1000. PMC  1682301 . PMID  8213841 .
  • Ладекьяр-Миккельсен А.С., Розенберг Т., Йоргенсен А.Л. (1996). «Новый механизм в монохроматизме синего конуса». Гм. Genet . 98 (4): 403–8. DOI : 10.1007 / s004390050229 . PMID  8792812 .
  • Феррейра П.А., Накаяма Т.А., Пак В.Л., Трэвис Г.Х. (1996). «Связанный с циклофилином белок RanBP2 действует как шаперон для красного / зеленого опсина». Природа . 383 (6601): 637–40. DOI : 10.1038 / 383637a0 . PMID  8857542 .
  • Voegel JJ, Heine MJ, Tini M, Vivat V, Chambon P, Gronemeyer H (1998). «Коактиватор TIF2 содержит три мотива связывания с ядерным рецептором и опосредует трансактивацию посредством зависимых и независимых от связывания CBP путей» . EMBO J . 17 (2): 507–19. DOI : 10.1093 / emboj / 17.2.507 . PMC  1170401 . PMID  9430642 .
  • Zhao Z, Hewett-Emmett D, Li WH (1998). «Частая генная конверсия между человеческими генами красного и зеленого опсина». J. Mol. Evol . 46 (4): 494–6. DOI : 10.1007 / PL00013147 . PMID  9541545 .
  • Накаяма Т.А., Чжан В., Коуэн А., Кунг М. (1998). «Изучение мутагенеза красного опсина человека: trp-281 имеет важное значение для правильного сворачивания и взаимодействия белка с сетчаткой». Биохимия . 37 (50): 17487–94. DOI : 10.1021 / bi982077u . PMID  9860863 .
  • Джон С.К., Смит Дж. Э., Агирре Г. Д., Милам А. Х. (2000). «Потеря молекулярных маркеров колбочек в сетчатке человека с мутантным родопсином с пигментным ретинитом». Мол. Vis . 6 : 204–15. PMID  11063754 .
  • Уэяма Х, Куваяма С., Имаи Х, Танабэ С., Ода С., Нисида Й, Вада А., Шичида Й, Ямаде С. (2002). «Новые миссенс-мутации в генах красного / зеленого опсина при врожденных нарушениях цветового зрения». Биохим. Биофиз. Res. Commun . 294 (2): 205–9. DOI : 10.1016 / S0006-291X (02) 00458-8 . PMID  12051694 .
  • Фицджеральд К.А., Роу, округ Колумбия, Барнс Б.Дж., Кэффри Д.Р., Визинтин А., Латц Е., Монах Б., Пита П.М., Голенбок Д.Т. (2003). «Передача сигналов LPS-TLR4 к IRF-3/7 и NF-kappaB включает в себя адаптеры платы за проезд TRAM и TRIF» . J. Exp. Med . 198 (7): 1043–55. DOI : 10,1084 / jem.20031023 . PMC  2194210 . PMID  14517278 .
  • Лонг Дж, Ван Г, Мацуура И, Хэ Ди, Лю Ф (2004). «Активация транскрипционной активности Smad с помощью белкового ингибитора активированного STAT3 (PIAS3)» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 101 (1): 99–104. DOI : 10.1073 / pnas.0307598100 . PMC  314145 . PMID  14691252 .